限制低壓電力載波通信的因素及解決方法

李 森 呂 劍

西安特銳德智能充電科技有限公司 陜西 西安 710003

近些年，我國科研人員在對載波芯片的研制以及調(diào)制技術(shù)等方面的研究較為快速，對我國低壓電力載波通信技術(shù)的發(fā)展和提高有重要的實(shí)踐意義。本文通過分析低壓電力載波通信的限制因素，針對其提出一些解決方法，為提高低壓電力載波通信的速率和抗干擾能力提供自己的一些建議和想法。

一、低壓電力載波通信的限制因素

從低壓電力載波通信的原理來看，其是利用電力線來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的傳遞，但電力線本身是用來實(shí)現(xiàn)電能輸送的功能，并不具有通信功能，所以其諸多方面難以滿足載波通信的要求。現(xiàn)將限制因素總結(jié)如下：

(一)配電變壓器的阻隔作用。低壓電力線的功能是給用電設(shè)備進(jìn)行50 HZ的電能傳送，而配電變壓器的主要功能是實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換，并對高頻的電力載波信號(hào)產(chǎn)生一定的阻隔作用，但這種信號(hào)只能在配電變壓器的區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行傳送，不能跨區(qū)域進(jìn)行傳輸，所以會(huì)對數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生一定的影響。

(二)三相電力線間存在較大的信號(hào)損失。有研究表明，三相電力線間存在較大的信號(hào)損失，這種信號(hào)損失可達(dá)10d B-30d B。因此，在近距離的通信過程中，會(huì)出現(xiàn)收到不同信號(hào)的現(xiàn)象。為了確保信號(hào)的正確有效的傳輸和交換，避免出現(xiàn)收到不同信號(hào)的現(xiàn)象，電力載波信號(hào)只能在單相上進(jìn)行傳輸，對數(shù)據(jù)的傳輸速率等就會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

(三)信號(hào)耦合方式不同的限制。通常情況下，為了確保信號(hào)傳輸?shù)挠行院涂煽啃裕瑫?huì)采用不同的信號(hào)耦合方式。其中，信號(hào)的耦合方式主要由兩種，即線地耦合、線中線耦合。這兩種信號(hào)耦合方式后均產(chǎn)生一定的信號(hào)損失，但損失大小卻有所不同，且適用范圍也有所限制。線地信號(hào)耦合方式所產(chǎn)生的信號(hào)損失要比線中線耦合方式的小，但就適用范圍來說，線中線耦合方式的適用范圍更為廣闊一些。

(四)低壓電力線特性的限制。低壓電力線所具有的特點(diǎn)對其通信也會(huì)產(chǎn)生一定的限制作用。其中，因電力線本身會(huì)存在一定的脈沖干擾，在每個(gè)交流周期中會(huì)出現(xiàn)兩次峰值，峰值所帶來的脈沖干擾時(shí)間約為10 ms，在這段時(shí)間內(nèi)，信號(hào)的傳送以及數(shù)據(jù)信息的傳遞均會(huì)受到一定的干擾和影響。其次，低壓電力線所存在的噪聲干擾，也是影響數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)傳送的重要因素之一。其所存在的噪聲干擾不僅包括上述所闡述的電力線脈沖干擾所帶來的周期性噪聲，還有分布在整個(gè)通信頻帶的背景噪聲，以及因用電設(shè)備的突然斷開或者隨機(jī)接入而產(chǎn)生的突發(fā)性噪聲，都會(huì)對數(shù)據(jù)和傳輸和信號(hào)的傳送產(chǎn)生較大的影響。

二、解決低壓電力載波通信的主要策略

(一)抗干擾策略。上文中對低壓電力線所存在的干擾因素進(jìn)行了簡要的闡述，因其存在的干擾具有周期性、隨機(jī)性等特點(diǎn)，再加上我國電網(wǎng)區(qū)域之間存在一定的差異，要想實(shí)現(xiàn)完全的清除是不切實(shí)際的。因此，可以采用反向?qū)ΨQ調(diào)制法降低干擾所帶來的影響。反向?qū)ΨQ調(diào)制法是在發(fā)送端將兩路互為反向的信號(hào)進(jìn)行同時(shí)的發(fā)送和傳輸，并利用頻率接近的載波進(jìn)行調(diào)制，利用干擾的自身相減來降低或消除干擾所帶來的影響和限制，從而提高數(shù)據(jù)和信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率。其中，在反向?qū)ΨQ調(diào)制中，減法器是一個(gè)較為重要的設(shè)備。其原理是，互為反向的信號(hào)實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳送后，接收端對其進(jìn)行解調(diào)后利用減法器進(jìn)行相減，因信號(hào)互為反向，減法器的輸出幅度有所增大，若互為反向的信號(hào)在傳送過程中所遇到的干擾相同，減法器就能夠?qū)@一干擾進(jìn)行消除，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)和數(shù)據(jù)的高效傳遞。反向?qū)ΨQ調(diào)制法如圖1所示。

圖1 反對稱調(diào)制法

(二)抗噪聲策略。上文中提到，低壓電力線存在的噪聲干擾是影響數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)傳送的重要因素之一。為了提高數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)傳送的質(zhì)量和效率，可以采用擴(kuò)頻調(diào)制法解決這一問題。當(dāng)前，擴(kuò)頻通信技術(shù)的運(yùn)用對于解決配電網(wǎng)電力線通信具有重要的作用和意義。當(dāng)干擾在信號(hào)頻率范圍內(nèi)時(shí)，利用窄帶信號(hào)的傳輸方式使接收端采用濾波方式進(jìn)行解調(diào)，無法有效的將其所存在的干擾清除。但使用擴(kuò)頻方式對信號(hào)進(jìn)行傳輸時(shí)，因干擾和信號(hào)并不相關(guān)，干擾在擴(kuò)頻作用下無法進(jìn)入信號(hào)頻率范圍內(nèi)，因此，對信號(hào)傳輸和數(shù)據(jù)傳遞的影響就會(huì)相應(yīng)減小。采用擴(kuò)頻調(diào)制法就能夠有效的解決電力線存在的噪聲干擾問題。

(三)抗衰減策略。低壓電力線是一種非均勻不平衡的傳輸線，當(dāng)信號(hào)傳輸和數(shù)據(jù)傳遞的距離逐漸增加時(shí)，信號(hào)的衰減程度也會(huì)相應(yīng)增加，有數(shù)據(jù)顯示，電力線路所造成的衰減可高達(dá)60d B以上。因此，面對這種情況，載波接收機(jī)需要具備足夠的動(dòng)態(tài)范圍來進(jìn)行處理和解決。可將設(shè)備前端的可調(diào)范圍放大，在放大百倍時(shí)，保持20d B的動(dòng)態(tài)范圍，這種配置能夠抵抗較大幅度的信號(hào)衰減。同時(shí)，電力線對信號(hào)的衰減作用不僅具有不固定的特點(diǎn)，還具有時(shí)變性的特點(diǎn)，為了避免時(shí)變所帶來的影響，可以通過監(jiān)測電網(wǎng)噪聲強(qiáng)度來判斷電源開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間，從而避開動(dòng)作時(shí)間，達(dá)到抗時(shí)變效果。

結(jié)語

總之，低壓電力載波通信技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)應(yīng)用廣泛，如采用反向?qū)ΨQ調(diào)制法實(shí)現(xiàn)抗干擾策略、采用擴(kuò)頻調(diào)制法實(shí)現(xiàn)抗噪聲策略等，為解決低壓電力線通信傳輸問題提供了自己的建議和意見，但實(shí)際的運(yùn)用中還需進(jìn)一步的探索和研究。